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斯普特尼克1号

斯普特尼克1号(俄文名:Спутник-1,原意为“旅行者”,英文名:Sputnik 1,又称“卫星一号”),是苏联于1957年发射的世界上第一颗人造卫星。它是人类航天启蒙时代的产物,也是世界美苏冷战时期太空竞争的标志。

1955年7月,美国艾森豪威尔政府宣布,将发射数枚小型的环绕地球飞行的卫星。随即苏联宣布也将很快发射卫星,并加速推进这个项目。苏联最初设计的卫星可以携带多个科学器材,但最终发现挑战太大,于是改为开发最简单的卫星,并由苏联火箭专家谢尔盖·科罗廖夫利用导弹改制而成。1957年10月4日,苏联在哈萨克拜科努尔航天中心成功发射火箭升空,并把“斯普特尼克”号卫星送入环绕地球的轨道。“斯普特尼克”号卫星以每小时29,000公里的速度脱离地球引力,成为第一个进入外层空间的人造物体。卫星本体是一只用铝合金做成的圆球,直径为58厘米,重近83.6千克。圆球外面附着4根天线。它采用3块银锌电池,在发射后向地球发送无线电信号,业余无线电用户也能接收。同年10月26日,它的电池用尽,中断了向地球发送无线电波信号。“斯普特尼克”号卫星在轨道运行了92天,绕地球飞行约1400圈,到1958年1月4日,因为失去动力,脱离其工作轨道并坠入大气层烧毁。

“斯普特尼克1号”升空的科学意义,在于通过量度其轨道变化,有助于研究高空地球大气层的密度,并为在电离层作无线电波传递提供原始资料,同时也作了第一次人造物体作为石陨石探测的尝试。“斯普特尼克1号”升空,展示了苏联的技术实力和导弹技术优势,开创了太空探索的新时代。这一事件在美国国内引发了一连串事件,如斯普特尼克危机、华尔街发生小股灾等,促使美国加快了其太空计划,也加剧了美、苏两国为争夺主导地位而展开的太空竞赛,在科学、民用技术和教育等方面的美苏冷战竞争自此全面展开。

历史

史泼尼克计划可缘溯至1954年5月27日,当时苏联的火箭总设计师谢尔盖·科罗廖夫向日后担任苏联国防部部长的德米特里·乌斯季诺夫提出要发展人造卫星计划,稍后乌斯季诺夫向他的上级米海.吉洪腊沃夫报告,并由之向苏联最高苏维埃反映,获得重视。吉洪腊沃夫强调,发展绕地球之人造卫星,是掌握无地域限制全球快速通讯之唯一途径,亦是令火箭技术得以更进一步的必经之路。截至1955年7月29日,美国总统艾森豪威尔通过白宫新闻秘书发布美国将于1957年;即国际地球物理年(IGY)发射第一枚人造卫星,仅一星期后,在当年8月8日苏联共产党中央政治局马上同意谢尔盖·科罗廖夫有关开始苏联人造卫星计划的建议,于8月30日,当时主导R-7火箭研制工作的国家委员会委员Vasily Ryabikov,召开了有关人造卫星计划的第一次会议,会上除听取了科罗廖夫关于发射往月球飞船的轨道数据汇报外,亦决定了以三节捆绑式R-7火箭发射史泼尼克一号。

1956年1月30日,苏联部长会议批准了发射人造卫星的立案,并暂以“D”命名,计划于1957至1958年左右发射升空,计划中的质量为1000-1400公斤(2200-3090磅),当中包括200-300公斤的科学仪器根据决议,人造卫星的研制工作分为以下几部分:

苏联科学院:统筹整个人造卫星计划并研制搭载之科学仪器。

苏联国防工业部:由其实际执行者OKB-1负责设计并制造卫星主体,以及运载用的火箭。无线电技术工业部:营建遥距控制系统,以及有关无线电传播的装置。

飞船建设部:计算运行轨道和制作内置的陀螺仪。

机器制造局:负责地面发射之设置,燃料充注和仪器运输。

此外,国防部负责监督整个发射过程。

1956年7月,所有有关“史泼尼克计划”的大纲拟定及科学技术的准备工作筹划完成。计划的目标确立为:量度大气层的密度和其离子物质结构,并探究太阳辐射、地球磁场和宇宙射线的第一手资料,为发展更长远的人造卫星计划,是次发射亦具备实验性及标志性的作用。卫星的地面观测系统,如为监察卫星轨道和发送控制指令,苏联于地面建筑了15座观测站,此等举措自此确立,广为后进者模仿学习。然而,由于目标发射时间迫在眉睫,原先计划内为观察R-7火箭而制订的计算,仅于7-10天内便草草完成,因此事实上“D”的轨道,打从开始便预定为精确度一般。

然而,“D”过分具野心及繁复的设计,终于因科技水平未能跟上而致使问题陆续浮现,当准备交付予装配时,组件之间并不配合,1956年底,问题的严重性超乎预期,为作补救而必须将发射的日期延误,之后更因为复杂的科学仪器未能如期完成,以及完成的R-7火箭的比冲量未有设计的当量(304秒而非当初设计的309-310秒),苏共中央决定将“D”押后到1958年4月发射。亦即之后的史泼尼克三号。

由于恐防美国会先于苏联发射人造卫星,OKB-1提出第一颗卫星不应迟于1957年7月国际地球观测年开始前发射,更精确来说应是当年的4或5月,由于时间已所剩无几,因此设计被大幅简化:简单、轻型(仅100公斤)、易于操作并只携带一台简陋的无线电发送器。1957年2月15日,苏联人民委员会准许了这一简化方案,并为此计划立下“PS”代号,以观测地球轨迹及接受人造卫星讯号为目标。计划希望于R-7火箭发射成功后一或两次后,以R-7将计划中的“PS-1”和“PS-2”发射(即后来的史泼尼克一号及二号)

地面观测的任务,由Yu.A.Mozzhorin上校引领的队伍负责,他所组织的“指令监测组”,任务包括主要的“NII-4”监察中心以及其余7个位处卫星经过之处,遍布全世界的监测站。PS-1”只计划为观测用而非操控,它们都有一条专用的通讯频道与火箭连络,并具备雷达,光学仪器以及通讯设备。7个讯号站接收到的数据,都会通过电报传回“NII-4”中心,以弹道学计算卫星身处的位置。此“指令监测组”则为苏联,以至全球太空监测控制中心的雏型。

概况

斯普特尼克1号卫星即人造地球卫星1号是前苏联研制发射的第一颗地球卫星,也是人类研制发射的第一颗人造地球卫星,开启了人类的航天时代。该卫星于1957年10月4日由卫星号运载火箭在拜科努尔发射场发射,主要用于获取高层大气密度、无线电电离层传输等方面测量数据。

该卫星在轨工作了22天,于1958年1月4日再入大气层烧毁。斯普特尼克1号卫星在轨运行期间还探测到空间微流星体。

琐事

第一个进入太空的人造物体比“Sputnik 1”早十多年。1944年,纳粹德国佩内明德火箭发射场垂直发射了一枚V2导弹用于测试亚轨道弹道,(事实上作为研究用的火箭,应该称为A4火箭而不是V2导弹)该火箭最高飞行到176km高度,而通常人们把100km高度作为进入太空的开始,因此这枚A4火箭已经进入了太空。

在上述火箭刷新纪录之前,人造物体所达到的最大高度纪录是由巴黎大炮的炮弹所保持的,这是第一个进入同温层的人造物体,其飞行的最高点大约是48km。

复制品

其中一台史泼尼克一号复制品由法国俄罗斯年轻人建造以及于1997年11月3日在和平号太空站发射,两个月后脱离轨道。

2003年,一台史泼尼克一号模型未能在eBay成功拍卖。

史泼尼克一号模型已送赠给联合国

另外一个复制品在史密松森的国家航空暨太空博物馆展出。

另外一个复制品在伦敦科学博物馆显示。

有一个复制品叫《我的史泼尼克》,由艺术家Michael Joaquin Grey在1990年设计,以及在艺术馆国际展出。

火箭数据

意义

在于通过量度其轨道变化,有助研究高空地球大气层的密度,并为于电离层无线电传递提供原始的资料。由于卫星填充了压缩氮,史泼尼克一号亦因此作了第一次人造物体作石陨石探测的尝试,由于高温的陨石穿透了史泼尼克一号的表面,导致其内压泄漏,此亦为陨石之极端高温提供证据。史泼尼克一号毫无先兆而成功的发射,导致美国的极大恐慌,并造成史泼尼克危机,因此亦激起美苏两国之后持续20多年的太空竞赛,成为美苏冷战的一个两强主要竞争点。

当史泼尼克一号于哈萨克拜科努尔航天中心发射之时,正值是1957年---联合国所公布的国际地球观测年(又译作国际地球物理年),它以每小时29,000公里的速度脱离地球引力,成为第一个进入外层空间的人造物体,在外太空它以20.005至40.002兆赫的频率向地球发送无线电信号,并可由火腿电台用家所接收。其发送一直持续至1957年10月26日,才因为电池用尽而中断.1958年初,史泼尼克一号失去动力,脱离其工作轨道并坠入大气层,其工作寿命中,共围绕地球运转了六千万公里。

参考资料

Sputnik.britannica.2024-10-27

世界上第一颗人造地球卫星——“斯普特尼克1号”.上海科普网.2024-10-27

Sputnik 1.NASA.2024-10-27

The Passionate Story Behind the First Artificial Satellite: Sputnik 1 and Its Global Impact.science oxford live.2024-10-27

Sputnik and The Dawn of the Space Age.NASA.2024-10-27

世界首颗人造地球卫星发射60周年 宇航员太空发贺电_新闻中心_中国网.中国网.2023-12-25

Sputnik launched.History.2024-10-27

“斯普特尼克”号开启人类太空时代:太空争霸战由此开始.新华网.2024-10-27

卫星DIY只要750元!_新闻中心_新浪网.新浪网.2022-02-13